腸道微生物，也就是我們通常所說的“腸道菌群”，其在機(jī)體中的數(shù)量超過人體自身細(xì)胞的10倍以上，腸道菌群對營養(yǎng)物質(zhì)代謝、人體自身發(fā)育、免疫及疾病的發(fā)生等都非常重要。
近年來，腸道菌群已成為科研界最為為火爆的研究領(lǐng)域之一，隨著研究深入，很多科學(xué)家們都發(fā)現(xiàn)腸道微生物和多種疾病的發(fā)病直接相關(guān)。如今腸道菌群和腫瘤免疫療法、CRISPR基因編輯技術(shù)，已然比肩成為生命科學(xué)研究的最熱點(diǎn)。
那么小小菌群，究竟有何魔力，能夠成為科學(xué)家們競相追逐研究的熱點(diǎn)呢？本文中小編就盤點(diǎn)了相關(guān)研究來闡明腸道菌群到底為此之火？
【1】Nature：揭示腸道菌群變化導(dǎo)致肥胖機(jī)制
上萬億個微生物棲息在我們的腸道中。肥胖與我們腸道細(xì)菌變化相關(guān)聯(lián)，但是其中的機(jī)制是不清楚的。在一項(xiàng)新的研究中，來自美國耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院和丹麥哥本哈根大學(xué)的研究人員鑒定出腸道菌群變化如何導(dǎo)致肥胖。相關(guān)研究結(jié)果于2016年6月8日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Acetate mediates a microbiome–brain–β-cell axis to promote metabolic syndrome”。
在早前的一項(xiàng)研究中，耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院主任醫(yī)師Gerald I. Shulman博士已觀察到一種短鏈脂肪酸，即乙酸，刺激嚙齒類動物體內(nèi)的胰島素分泌。在這項(xiàng)新的研究中，為了更多地了解乙酸的作用，Shulman和他的團(tuán)隊(duì)在肥胖模式嚙齒類動物體內(nèi)開展一系列實(shí)驗(yàn)。
研究人員比較了乙酸和其他的短鏈脂肪酸，發(fā)現(xiàn)在攝入高脂肪食物的嚙齒類動物體內(nèi)存在更高水平的乙酸。他們也觀察到灌注乙酸也會刺激胰腺中的β細(xì)胞分泌胰島素，但是仍然不清楚這是如何實(shí)現(xiàn)的。
【2】Science：揭秘基因和腸道菌群相互作用引發(fā)炎性腸病的分子機(jī)制
近日，刊登在國際雜志Science上的一項(xiàng)研究報告中，來自美國的一組研究人員通過研究發(fā)現(xiàn)了人類機(jī)體中兩種缺陷性基因和一類有益細(xì)菌釋放的信息及腸易激綜合征之間的關(guān)聯(lián)，文章中研究者利用小鼠、離體人類細(xì)胞及人類腸道中的脆弱擬桿菌進(jìn)行研究。
此前研究中研究者發(fā)現(xiàn)，脆弱擬桿菌(Bacteroides fragilis)是機(jī)體的一種有益菌群，其帶來的益處遠(yuǎn)大于對機(jī)體的損傷，其他研究人員發(fā)現(xiàn)，克羅恩病患者機(jī)體中缺失兩種名為NOD2和ATG16L1的基因，這兩個基因的缺失會誘發(fā)機(jī)體腸道發(fā)生炎癥，研究者目前并不清楚這種缺失的基因如何誘發(fā)疾病的發(fā)生，但在本文中研究者就取得了突破性的進(jìn)展。
這項(xiàng)研究中，研究人員通過對小鼠進(jìn)行遺傳改造使其攜帶人類缺失的NOD2和ATG16L1基因，隨后研究者仔細(xì)觀察小鼠機(jī)體的變化，研究者表示，當(dāng)將脆弱擬桿菌引入到?jīng)]有缺陷性基因的小鼠腸道中后，該細(xì)菌實(shí)際上可以幫助抑制和克羅恩病及腸易激綜合征患者機(jī)體的炎性反應(yīng);但實(shí)際上研究者發(fā)現(xiàn)這種細(xì)菌會釋放特殊的外膜囊泡結(jié)構(gòu)(OMVs)，而這些囊泡結(jié)構(gòu)中就包含有可以抑制機(jī)體炎性反應(yīng)的免疫調(diào)節(jié)分子;在攜帶NOD2和ATG16L1基因的小鼠機(jī)體中，這種免疫調(diào)節(jié)分子就不會促進(jìn)免疫系統(tǒng)發(fā)揮作用，這就意味著這些缺失性的基因或許可以促進(jìn)機(jī)體腸道的炎性問題。
【3】Science新研究：腸道菌群互相競爭 保證腸道生態(tài)穩(wěn)定
最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)人類腸道中的菌群生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多樣，不同菌群之間的競爭關(guān)系幫助維持了腸道生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，這對于保持人類機(jī)體健康是必不可少的。來自英國牛津大學(xué)的科學(xué)家們在國際學(xué)術(shù)期刊Science上發(fā)表了相關(guān)研究結(jié)果，他們建立了數(shù)學(xué)模型用于研究人類腸道中成百上千種細(xì)菌如何能夠成功共存。
在他們的研究中，研究人員證明不同種類細(xì)菌之間的協(xié)作關(guān)系會擾亂菌群生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，這與之前大眾的推測恰好相反，而益生細(xì)菌之間的競爭關(guān)系反而會通過負(fù)反饋回路抵消菌群多樣性造成的不穩(wěn)定，從而使腸道生態(tài)系統(tǒng)保持穩(wěn)定。
研究人員推測，人類可能通過許多種方式干預(yù)了腸道生態(tài)系統(tǒng)，扮演了"生態(tài)系統(tǒng)工程師"的角色，幫助維持了腸道系統(tǒng)的天然穩(wěn)定性。
【4】腸道菌群對大腦發(fā)育和行為影響成研究熱點(diǎn)
自從Rebecca Knickmeyer與她最新的大腦研究項(xiàng)目參與者相識以來，時間已過去了1年。Knickmeyer是美國北卡羅來納大學(xué)教堂山分校醫(yī)學(xué)院神經(jīng)學(xué)家，通過一連串的行為和性格測試，她希望看到30名新生兒如何學(xué)會爬行，并成長為具有認(rèn)知能力的1歲兒童。
接下來，如果一切進(jìn)展順利，當(dāng)嘈雜的核磁共振對他們的大腦成像時，這些孩子應(yīng)該睡得很沉穩(wěn)。“我們希望一切都萬無一失?！盞nickmeyer 說，“如果有孩子想要往門外闖，我們很清楚應(yīng)該做什么?！?br />
局面待轉(zhuǎn)
Knickmeyer希望從這些兒童檢查中看到其他一些令她興奮的東西，她還希望檢查這些孩子排泄物中的微生物群，即寄居在他們腸道內(nèi)的一系列細(xì)菌、病毒和其他微生物。她的項(xiàng)目(被親切地稱為“便便研究”)屬于神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域一個研究規(guī)模較小并日益壯大的分支。神經(jīng)科學(xué)家希望通過相關(guān)研究了解寄生在嬰兒腸道內(nèi)的微生物是否可以改變大腦發(fā)育。
這項(xiàng)研究啟動的時刻很關(guān)鍵。越來越多來自無菌條件下培育動物的數(shù)據(jù)表明，腸道微生物可以影響動物的行為，并能夠改變大腦生理學(xué)和神經(jīng)化學(xué)特征。
【5】Cell Metabol：要減肥，腸道菌群告訴你怎么吃
來自查爾姆斯理工大學(xué)研究者的一項(xiàng)最新研究或可基于機(jī)體的腸道微生物來指導(dǎo)我們的飲食選擇，這對于有效減肥及降低疾病風(fēng)險非常重要，相關(guān)研究刊登于國際雜志Cell Metabolism上，該研究首次成功揭示了機(jī)體代謝期間常見的腸道細(xì)菌相互作用的分子機(jī)制。
文章中，研究者開發(fā)了一種新型數(shù)學(xué)計(jì)算平臺，其可以幫助預(yù)測不同病人對基于其機(jī)體腸道微生物組組成的修飾化飲食的反應(yīng)。研究者Jens Nielsen博士表示，這種方法或可幫助我們輕松鑒別出每一種細(xì)菌類型的代謝機(jī)制從而來幫助理解人類機(jī)體的代謝機(jī)制。在人類消化系統(tǒng)中存在高達(dá)1000多種不同類型的細(xì)菌及其它微生物群落，其中許多細(xì)菌都以一種或多種方式進(jìn)行代謝，而人類腸道微生物組的組成也會因個體不同而異，究其原因研究者目前并不清楚。然而過去很多年間研究者們進(jìn)行的多項(xiàng)研究表明，某些疾病和人類腸道微生物組之間存在著千絲萬縷的關(guān)系。
【6】Cell：改變腸道菌群 預(yù)防結(jié)腸癌
近日，來自美國St.Jude兒童醫(yī)院的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一種表達(dá)于免疫系統(tǒng)的基因在決定結(jié)腸癌侵襲性方面發(fā)揮著重要作用。他們發(fā)現(xiàn)這種叫作AIM2的基因發(fā)生缺失會導(dǎo)致小腸細(xì)胞增殖失控，同時，研究人員還發(fā)現(xiàn)AIM2能夠影響腸道菌群，在腸道中增加"好"細(xì)菌的數(shù)量可能對于預(yù)防結(jié)腸癌的發(fā)生具有重要意義。最近，這一研究的相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊cell上，這些發(fā)現(xiàn)將在結(jié)腸癌的預(yù)防，診斷和治療方面發(fā)揮重要作用。
在該項(xiàng)研究中，研究人員利用化合物處理小鼠模擬結(jié)腸癌的發(fā)生，在這一過程中，他們發(fā)現(xiàn)AIM2功能活性明顯下降，這一點(diǎn)也得到了結(jié)腸癌病人結(jié)果的支持。他們還發(fā)現(xiàn)利用遺傳學(xué)方法降低AIM2功能，再結(jié)合化合物處理，會產(chǎn)生更多的腸道腫瘤。研究人員的研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，AIM2除了發(fā)揮免疫學(xué)功能，還能夠抑制小腸干細(xì)胞群的異常擴(kuò)張，而當(dāng)AIM2發(fā)生功能異常，其對小腸干細(xì)胞異常增殖的抑制作用就會解除。
【7】JCEM：腸道菌群多樣性高的個體不易患乳腺癌
近日，來自美國國家癌癥研究所的研究人員通過研究表示，絕經(jīng)后女性如果機(jī)體中攜帶有多樣化的腸道菌群，那么其機(jī)體的雌激素代謝產(chǎn)物或許對其健康更加有益，相關(guān)研究刊登于國際雜志Journal of Clinical Endocrinology &Metabolism (JCEM)上。
從20世紀(jì)70年代開始，科學(xué)家們就研究發(fā)現(xiàn)構(gòu)成腸道微生物組的腸道細(xì)菌會影響女性機(jī)體雌激素的功能，雌激素是女性機(jī)體最原始的性激素;腸道細(xì)菌的定殖會決定雌激素產(chǎn)生后是存留在機(jī)體內(nèi)還是會隨著尿液和糞便而排出體外，此前研究顯示，循環(huán)在機(jī)體中的雌激素和其代謝產(chǎn)物的水平和女性絕經(jīng)后患乳腺癌的風(fēng)險直接相關(guān)。
研究者James Goedert表示，相比腸道菌群多樣性較低的女性來講，那些機(jī)體腸道菌群多樣化的女性，其機(jī)體中的雌激素的代謝產(chǎn)物存留的水平往往較高，這就暗示了含有較高水平雌激素的女性患乳腺癌的風(fēng)險會降低。隨后研究人員對招募的60名絕經(jīng)女性進(jìn)行研究，分析了其尿液和糞便樣品，這些女性的年齡都在55至69歲之間，在研究前的6至8周研究人員對其進(jìn)行了乳房x光檢查，結(jié)果顯示正常;對尿液和糞便樣品分析后研究人員表示，機(jī)體腸道菌群的多樣性和雌激素片段的比率直接相關(guān)，而后者則是乳腺癌的一個指示器。
【8】科學(xué)家發(fā)現(xiàn)HIV病毒的幫兇：腸道菌群
近日，一項(xiàng)發(fā)表在國際雜志Cell Host &Microbe上的研究報告中，來自杜克大學(xué)人類疫苗研究所的研究人員通過研究表示，機(jī)體腸道中的正常微生物群或許在人類機(jī)體免疫系統(tǒng)抵御HIV感染的過程中扮演著重要作用，研究人員表示，此前他們開發(fā)的抵御HIV感染的抗體并沒有有效地控制感染的發(fā)生。
這些無效的抗體僅僅可以作用于病毒的外包膜gp41蛋白，而該蛋白可以很快發(fā)生突變，而且HIV可以逃逸抗體的中和作用，這也就表明，HIV在逃脫療法作用的過程中可能存在“幫兇”，研究者推測這個“幫兇”或許是機(jī)體腸道中的天然微生物菌群。
Barton F. Haynes博士表示，腸道菌群可以通過幫助機(jī)體免疫系統(tǒng)發(fā)育來維持機(jī)體健康，同時也會刺激一些免疫細(xì)胞對細(xì)菌進(jìn)行監(jiān)視，但是這項(xiàng)研究中我們卻發(fā)現(xiàn)同細(xì)菌相互作用的抗體也會和HIV的外膜發(fā)生交叉反應(yīng)。我們的機(jī)體可以通過天然B細(xì)胞的發(fā)育來抵御感染，隨后機(jī)體會對病原體產(chǎn)生長效記憶，以便下次相同的病原體再次入侵時被機(jī)體的免疫細(xì)胞及時“殲滅”。
【9】腸道微生物竟是這樣在幕后操縱我們的胖瘦的
關(guān)于人類肥胖的根本原因，我認(rèn)為以色列天才歷史學(xué)家尤瓦爾·赫拉利在其暢銷著作《人類簡史：從動物到上帝》中的描述，最通俗易懂：
高熱量食物對人不好，但為什么老是戒不掉?現(xiàn)今生活在富裕國家的人都有肥胖的問題，肥胖癥幾乎像瘟疫一樣蔓延，還很快地將魔爪伸向發(fā)展中國家。如果我們不想想采集者祖先的飲食習(xí)慣，就很難解釋為什么我們一碰到最甜、最油的食物就難以抵抗。當(dāng)時他們住在草原上或森林里，高熱量的甜食非常罕見，永遠(yuǎn)供不應(yīng)求。如果是個3萬年前的采集者，想吃甜食只有一種可能來源：熟透的水果。所以，如果石器時代的女性碰到一棵長滿甜美無花果的樹，最明智的做法就是立刻吃到吃不下為止，否則等到附近的狒狒也發(fā)現(xiàn)這棵樹，可就一顆也吃不到了。于是，這種想大口吃下高熱量食物的直覺本能就這樣深植在我們的基因里。就算我們今天可能住在高樓大廈，家家戶戶的冰箱早就塞滿食物，我們的DNA還記得那些在草原上的日子。正因如此，我們才會不知不覺就吃完一整桶的哈根達(dá)斯，可能還配著一大杯可口可樂。
【10】Science：腸道微生物調(diào)節(jié)腸炎新機(jī)制
腸道微生物最調(diào)節(jié)宿主的免疫系統(tǒng)以及在炎癥性腸炎(IBD)等疾病發(fā)病過程中發(fā)揮了十分重要的作用。由于在同卵雙胞胎中該疾病的發(fā)病率一致性只有40%-50%，因此遺傳-環(huán)境因素的相互作用對該疾病的發(fā)病具有重要的影響。DNA測序技術(shù)的發(fā)展使得我們能夠詳細(xì)地了解人體基因組的信息以及腸道微生物的基因組構(gòu)成，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)在腸炎發(fā)病患者體內(nèi)腸道微生物的種類發(fā)生了慢性的變化。
此前的研究發(fā)現(xiàn)：人體腸道中的一類叫做"脆弱類擬桿菌(B.A)"的共生菌對人體免疫系統(tǒng)具有正面的調(diào)控作用。在小鼠試驗(yàn)中，該細(xì)菌能夠?qū)PS通過"OMV"的分泌小泡傳遞到宿主的腸道DC中，進(jìn)而誘導(dǎo)DC分泌IL-10并促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的分化。
來自加州理工大學(xué)生物工程學(xué)系的Sarkis K. Mazmanian針對"脆弱類擬桿菌"的這一機(jī)制在腸炎發(fā)病過程中的作用進(jìn)行了深入研究，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在最近一期的《Science》雜志上。
【11】Science：腸道微生物竟然影響癌癥免疫治療效果
檢查點(diǎn)抑制劑是能夠喚醒免疫系統(tǒng)抵抗腫瘤的新型藥物，對癌癥的治療具有顯著的療效。然而一些臨床結(jié)果表明該類藥物對一部分病人并沒有效果。最近兩篇研究文章對此內(nèi)在的機(jī)理進(jìn)行了闡釋。作者們認(rèn)為這部分病人體內(nèi)的微生物種群存在異常，因而不能正常地產(chǎn)生免疫反應(yīng)。
這兩項(xiàng)研究第一次將免疫檢查點(diǎn)抑制劑與腸道的菌群聯(lián)系起來。正常情況下，免疫細(xì)胞表面的一些受體能夠限制其對自體組織進(jìn)行殺傷。然而腫瘤組織同樣能夠激活這些受體，導(dǎo)致特異性的免疫細(xì)胞無法對其進(jìn)行識別與殺傷。像ipilimumab等免疫檢查點(diǎn)抑制劑則能夠通過阻止腫瘤細(xì)胞對這些受體的激活而維持免疫細(xì)胞的活性。
這項(xiàng)新的研究能夠改變醫(yī)生用藥的方式?！斑@兩篇文章證明了微生物能夠影響治療效果”，來自NIH的過敏與傳染病研究所的免疫學(xué)家Yasmine Belkaid說到。過去研究者們經(jīng)常專注于尋找患者基因組中的的突變，并以此解釋為何免疫檢查點(diǎn)抑制劑藥物治療效果存在個體差異。而如今的這兩篇研究指出除基因組之外，微生物可能也有同樣的影響。
【12】Cell：腸道微生物可誘導(dǎo)機(jī)體減肥以應(yīng)對低溫影響
暴露于低溫下可以模仿運(yùn)動的效應(yīng)，從而保護(hù)機(jī)體抵御肥胖并且改善代謝健康，刊登于國際雜志Cell上的一篇研究報告中，來自日內(nèi)瓦大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，低溫對機(jī)體的有益健康效益或許部分是通過腸道微生物介導(dǎo)的，低溫會明顯改變小鼠腸道中細(xì)菌的組成，而菌群的改變對于燃燒脂肪非常關(guān)鍵，同時還可以幫助改善葡萄糖代謝及減肥。
研究者M(jìn)irko Trajkovski教授表示，我們發(fā)現(xiàn)腸道微生物可以通過直接調(diào)節(jié)能量平衡來幫助我們機(jī)體適應(yīng)環(huán)境，這對于我們開發(fā)新型方法來檢測是否靶向作用某些類別的微生物就可以幫助抑制機(jī)體肥胖及相關(guān)的代謝綜合征。肥胖中心的一種潛在的治療途徑就是促進(jìn)機(jī)體棕色脂肪和灰棕色脂肪的形成，嬰兒機(jī)體中含有較高水平的產(chǎn)熱棕色脂肪來保護(hù)其抵御低溫環(huán)境的影響，而近來科學(xué)家們也發(fā)現(xiàn)成年人機(jī)體中或許也會以灰棕色脂肪的形式來儲存棕色脂肪，低溫或者鍛煉就會促進(jìn)灰棕色脂肪的形成，從而燃燒機(jī)體儲存的熱量，保護(hù)哺乳動物抵御低溫、肥胖以及代謝性障礙。
【13】Science：華人科學(xué)家揭示腸道微生物不會感染人體自身的機(jī)制
來自愛丁堡大學(xué)MRC炎癥研究中心的科學(xué)家們揭示出了，免疫系統(tǒng)阻止我們腸道中的細(xì)菌滲入血液中引起敗血癥一類全身性炎癥的機(jī)制。并幫助解釋了盡管在我們的腸道中自然存在大量的細(xì)菌，我們卻不會遭受更多感染的原因。研究發(fā)現(xiàn)有可能會改善對危及生命的感染的治療和預(yù)防。他們的論文發(fā)布在《科學(xué)》(Science)雜志上。
由愛丁堡大學(xué)MRC炎癥研究中心領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家們，發(fā)現(xiàn)了一種幫助將細(xì)菌留在腸道中的機(jī)制。
研究發(fā)現(xiàn)，在這一過程中，前列腺素E2(PGE2)起至關(guān)重要作用，它結(jié)合其受體EP4，從而抑制了系統(tǒng)性炎癥的發(fā)生。而其主要作用機(jī)制是激活體內(nèi)3型天然淋巴細(xì)胞(type 3 innate lymphoid cells (ILCs))發(fā)揮作用，這種淋巴細(xì)胞可以分泌IL-22，以維持機(jī)體腸道屏障的正常功能，阻止全身性炎癥的發(fā)生。